O IMPACTO DAS QUEIMADAS DE CANA DE AÇUCAR NA QUALIDADE DE AR NA REGIÃO DE OURINHOS, SP.

Campanha Piloto para Agosto de 2010 1. INTRODUÇÃO

Ourinhos é uma das maiores regiões de plantação de cana de açúcar no Estado de São Paulo (Figura 1), com uma usina de grande porte e várias de pequeno porte (Figura 2). A queima da palha de cana ainda é largamente praticada gerando um impacto maior dessas queimadas no período de inverno na região, especialmente durante o mês de agosto. O impacto de queimadas na região central e oeste do Estado na qualidade do ar da Região Metropolitana do São Paulo (RMSP) já foi documentado, com a análise de uma episodio em julho de 2008 (Held et al., 2009 e 2010).

Figura 1. Área plantada de cana (Fonte: CANASAT – INPE. 21/05/2008).

Figura 2. Mapa mostrando as usinas principais na região de Ourinhos. BRU = radar em Bauru.

Uma proposta de um projeto temático para submissão a FAPESP, com duração de três anos, para o monitoramento de um possível aumento de precipitação e incidência de descargas elétricas ao longo do rio Paranapanema devido a uma circulação local e a disponibilidade de umidade proveniente dos vários tributários do rio está em fase de preparação pelo IPMet/UNESP, Departamento de Geografia da UNESP de Ourinhos e pelo grupo de pesquisadores do ELAT/INPE. Várias campanhas para observação intensiva durante a vigência dos três anos de projeto estão sendo preparadas com a primeira campanha a ser realizada em agosto de 2011. Será proposto que durante estas campanhas o impacto da queima da palha de cana seja monitorado também, para quantificar o impacto na qualidade do ar e verificar uma possível redução das queimadas como previsto na lei. Para esse fim serão convidados mais parceiros para monitorar a qualidade do ar, a saber, o Instituto de Química, (UNESP, Araraquara) e integrantes do Projeto CENPES-Cana (Martins et al., 2009) para participar com o Lidar Móvel, o Laboratório Móvel e imagens de satélites (IPEN/USP, INPE e CEAPLA/UNESP). 2. OBJETIVOS

No presente projeto, em caráter de campanha piloto, propõe-se caracterizar a qualidade do ar, a circulação local associada bem como o impacto da queima da palha de cana de açúcar na região de Ourinhos durante os meses secos (agosto de 2010), uma vez que os dois radares Doppler do IPMet (Figura 3) poderiam detectar essas plumas de queimada e rastrear a sua dispersão, na ausência de precipitação (Figura 4).

Figura 3. Alcance quantitativo (240 km) dos radares de Bauru (BRU) e Presidente Prudente (PPR), mostrando também a cidade de Ourinhos.

Figura 4. CAPPI em 1,5 km anmm (altura ao nivel médio do mar) do radar de Bauru em 17 de julho de 2008, às 14:23 HL (hora local), anéis a cada 10 km, níveis de refletividade variando de 6 a >36 dBZ; corte vertical ao longo da linha de base (branco) com uma escala vertical de 0 – 6 km anmm.

Para o cumprimento do proposto no projeto será considerado o emprego de um equipamento Sodar (IPMet; Figura 5), da operação de um Lidar (Figura 8; IPMet e IPEN/USP) e medidas baseadas em solo sobre a química da atmosfera para a região (IQ/UNESP Araraquara). 3. METODO e INSTRUMENTAÇÃO 3.1 Radares de Bauru e Presidente Prudente

Os radares do IPMet serão operados em modo de “Volume Scan” durante a campanha inteira. A coleta dos dados de radar no modo “ar claro”, ou seja, sem chuva, será feita utilizando as elevações de: 0,3º; 0,8º; 1,3º; 1,8º ; 2,3º; 2,8º; 3,3º; 3,8o; 4,3º; 4,8º; 5,3º; 5,8º; 6,3º; 6,8º; 7,3º.

Esse padrão de varreduras a ser utilizado durante o experimento proverá uma melhor resolução vertical das queimadas na região de Ourinhos. 3.2 Sodar

Figura 5. O Sodar Scintec MFAS instalado no IPMet em Bauru, gerando perfis verticais do vento (u, v, w) até 500-800 m cada 30 min em intervalos de 10 m.

O Sodar (Figura 5) será instalado no espaço aberto em frente ao Laboratório de Climatologia, do curso de Geografia no Campus da UNESP em Ourinhos, coordenado pelo professor Jonas Teixeira Nery.

Cerca com 1,8 m de altura, isolando uma área de 10x10m com porta de acesso deverá ser instalada para segurança da antena. 3.3 Lidar

O equipamento Lidar operado pela primeira vez no interior do Estado de São Paulo foi um equipamento pertencente ao IPEN/USP (Centro de Lasers e Aplicações) e foi trazido para Bauru para realizar medidas durante o experimento de campo do projeto TroCCiBras em 2004 (Held et al., 2007, 2008). O Lidar é um sistema de retroespalhamento elástico e foi instalado, renovado e especialmente adaptado num trailer, que antes abrigou temporariamente o radar banda-C do IPMet (Figura 7a) e alocado no Campus da UNESP, dentro das instalações do IPMet. Este sistema de Lidar de Aerosol monitorou a atmosfera até os 30 km anmm em diferentes períodos do dia e da noite, sempre que as condições atmosféricas permitiram. O perfil na Figura 6b é visualizado de 855 m até 21,5 km e mostra uma camada claramente visível de nuvens em torno de 4,5 km de altitude, assim como uma camada de aerossóis em torno de 3 e 5 km. O topo da camada limite está a cerca de 1850 m; todas as camadas mencionadas são discerníveis em níveis de verde e azul-claro (Landulfo et al., 2007). Durante toda a campanha de coleta de dados do experimento, este sistema pode ser operado em 31 dias diferentes, por períodos de 4 horas na parte da manhã, 4 horas na parte da tarde e de 6 a 8 horas durante a noite. a) b)

Figura 7. (a) Carreta do IPMet; (b) Perfil de Lidar obtido no IPMet, Bauru, em 04 de março de 2004 entre 19:51 e 20:57 HL.

Recentemente, um Lidar móvel (Raymetrics LR 101-V-D200; Figura 8) foi adquirido através de um projeto de infra-estrutura de pesquisa finaciado pela Petrobras, proposto por 5 organizações parceiras, a saber, INPE, IPEN/USP, CEPEMA/USP (Cubatão, SP), IPMet/UNESP (Bauru, SP) e CEAPLA/UNESP (Rio Claro, SP). Este Lidar já foi operado, com sucesso, no IPMet em Bauru durante o mês de fevereiro de 2010, observando cirrus localizados em altitudes entre 13 e 17 km. Um exemplo dos dados observados pelo Lidar móvel é mostrado na Figura 9a e b.

Figura 8. O Lidar Raymetrics LR 101-V-D200 durante a campanha de 2009/2010 no IPMet em Bauru.

O Lidar será instalado dentro da Carreta do IPMet que foi adaptada para abrigar um Lidar, portanto já tem uma abertura no teto para a saída do feixe de Laser. Será necessário, no entanto a aquisição de um cabo com potencia suficiente para fornecer energia (220V; aterrado). A Carreta ficará estacionada ao lado da área cercada para abrigar o Sodar. (a)

(b)

Figura 9: Observações da camada limite no dia 08 de fevereiro de 2010 durante manhã (a) e durante a noite (b) mostrando camadas de aerossóis e nuvens tipo cirrus entre 15 e 17 km de altura. 3.4 Instrumentação meteorológica

A UNESP/Ourinhos possui cinco estações automáticas (EMA), uma torre micro-meteorológica, um anemômetro sônico 3-d além de outros sensores meteorológicos que serão empregados na região (Figura 10). As estações do campus da UNESP, em Ourinhos são: uma EMA Vaisala do INMET e uma do projeto SONDA (ligada ao LABSOLAR e ao CPTEC). A estação do projeto SONDA tem quatro sensores de radiação solar (global, difusa, lux e par), incluindo uma torre de 49,50m com três sensores de medição de direção e intensidade do vento, em três diferentes níveis.

As estações meteorológicas espalhadas pela cidade possuem sensores para medidas de chuva, temperatura, umidade, radiação e vento (direção e intensidade). Estas estações forma adquiridas junto a Campbell do Brasil. Ver em anexo algumas delas instaladas na região. Na Figura 10 está esquematizado a localização de algumas delas podendo-se observar três dentro do perímetro urbano da cidade.

Figura 10. Distribuição das estações (EMA) instaladas em Ourinhos. 3.5 Monitoramento da qualidade do ar

Estudos atmosféricos envolverão a aplicação de procedimentos e técnicas de amostragem e analise do ar atmosférico na região de Ourinhos. Pretende-se identificar diferentes tipos de aerossóis presentes no ar que podem atuar na degradação da qualidade do ar atmosférico. Será dada ênfase a espécies gasosas (NO2, SO2, O3, aldeídos) e ao material particulado atmosférico. Este último será avaliado tanto sob o aspecto de distribuição de tamanho quanto da composição de espécies solúveis e carbono elementar. O entendimento sobre a composição química do aerossol atmosférico e a distribuição de tamanho, permitirá identificação das fontes principais que contribuem à massa de aerossol total e assim será possível identificação de fontes de emissões potenciais. Estas informações serão úteis para caracterizar a fonte do material particulado e inferir sobre a participação da queima de cana e outras emissões como fonte deste material. A região estudada é reconhecida como o centro principal para produção de álcool e açúcar de Brasil. 4. ITENS NECESSÁRIOS PARA EXECUÇÃO DO PROJETO: 4.1 IPMet Diárias R$ Instalação e testes Sodar - 3 pessoas x 3 dias Desmontagem Sodar - 2 pessoas x 1dia

* *

Operação do Lidar e atendimento aos monitores para a química da atmosfera 1 técnico IPMet x 32 dias com pernoite @ R$122,00 + 1x sem pernoite @ R$62,00

3.965,00

Operação dos radares em modo “Volume Scan” e analise das queimadas * Transporte Transporte da Carreta * Transporte do Sodar *

* Contribuição do IPMet

4.2 Contrapartidas dos Parceiros Item Instituição Preparação do local (construção de cerca 10x10m, pedras para preparação do solo, fornecimento de cabos de energia, etc.)

Curso de Geografia UNESP Ourinhos

Instalação e manutenção das EMAs Curso de Geografia UNESP Ourinhos

Transporte do Lidar CLA/IPEN/USP Analise dos dados de Lidar CLA/IPEN/USP Instalação e desmontagem dos instrumentos para monitoramento da qualidade do ar

IQ/UNESP Araraquara

Análise em laboratório das amostras coletadas IQ/UNESP Araraquara

EMAS – estações meteorológicas automáticas 5. CRONOGRAMA 28-30 de julho de 2010 Preparação da infra-estrutura / UNESP Campus Ourinhos

02 de agosto de 2010 Transporte e instalação: Sodar, Lidar e instrumentação para

medidas da química atmosfera

03 de agosto de 2010 Início das medidas; verificação e “fine-tuning” dos instrumentos; treinamento do técnico para trocar amostras

04 de agosto de 2010 Verificação e “fine-tuning” dos instrumentos

03 de agosto de 2010 até 01 de setembro de 2010 >>> Monitoramento / Realização

da campanha

02 de setembro de 2010 Desmontagem e retorno dos instrumentos

30 de setembro de 2010 Prestação de contas

06 de setembro de 2010 até 19 de novembro de 2010 >>> Analise dos dados coletados

22 de novembro de 2010 até janeiro de 2010 >>> Consolidação dos dados de radar, de

Lidar, de Sodar e da química da atmosfera; Workshop para a

confecção do Relatório

Fevereiro de 2011 Relatório Científico Final

Bibliografia Held, G., R.V. Calheiros, e A.M. Gomes. O Projeto TroCCiBras: Objetivos, Resultados da Campanha 2004 e o Futuro. Boletim da SBMET, 31, n.1, 81-89, 2007.

Held, G, J-P Pommereau and U. Schumann. TroCCiBras and its partner projects HIBISCUS and TROCCINOX: The 2004 Field Campaign in the State of São Paulo. Opt.Pura. Apl., 41 (2), 207-216, 2008. Held, G., E. Landulfo, F. Lopes, J. Arteta, V. Marecal and J.M. Bassan. Emissions from sugar cane fires in the central & western State of São Paulo and aerosol layers over Metropolitan São Paulo observed by IPEN´s lidar: Is there a connection? Proceedings (CD), 5th Workshop on Lidar Measurements in Latin America, Buenos Aires, Argentina, 30 November – 04 December 2009.

Held, G., E. Landulfo, F. Lopes, J. Arteta, V. Marecal and J.M. Bassan. Emissions from sugar cane fires in the central & western State of São Paulo and aerosol layers over Metropolitan São Paulo observed by IPEN´s lidar: Is there a connection? 8pp, Submitted to Opt. Pura. Apl., March 2010. Landulfo, E., G. Held, A.Z. de Freitas, A. Papayannis and A.F. de Souza. Results from first Lidar Measurements in the central State of São Paulo during the TroCCiBras 2004 Campaign with IPEN´S Aerosol Lidar. Abstracts, 4th Workshop on Lidar Measurements in Latin America, Ilhabela, S.P., 17-22 June 2007, 1p (http://www.ipen.br/sitio/LWS_Brasil/p4w_abstracts.htm). Martins, M.P.P., G.L. Mariano, E. Landulfo, G. Held, S.A.F. Pinto, R. Guardani, F. Lopes and J. Steffens. Brazilian Biomass Burning Coordinated Measurements: A Multi-instrument Approach. Proceedings (CD), 5th Workshop on Lidar Measurements in Latin America, Buenos Aires, Argentina, 30 November – 04 December 2009.

ESTAÇÕES PERTENCENTES A UNESP DE OURINHOS

Estação micro - meteorológica instalada no Instituto Florestal de Assis

Estação meteorológica automática instalada próxima a área administrativa do Instituto

Florestal de Assis

Estação automática instalada no aeroporto do município de Ourinhos.

Estação instalada na denominada fazenda Santa Maria, no município de Ourinhos.